Development of Bio-Adhesive Device for Digital Transformation of Health Information

开发用于健康信息数字化转型的生物粘合装置

• 批准号: 21H03815
• 负责人: 藤枝 俊宣
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03815/
• 关键词: エラストマー; 導電性インク; 生体計測; 機械学習; デジタルトランスフォーメーション; 薄膜状デバイス; フェニルボロン酸; ハイドロゲル; 血糖値; ネットワークアナライザ; 共振周波数; 近距離無線通信; グルコース; インクジェット印刷; 櫛型キャパシタ; インピーダンス; 高分子ナノ薄膜; 無線通信

本研究では、異種次元の材料と造形技術の融合を進めることで、電池不要で作動可能な無線通信式の生体貼付型バイオセンサの開発を目的とし、機械学習による周波数解析を通じて健康情報のデジタルトランスフォーメーション(DX)化を目指す。令和4年度の成果は以下のとおりである。グルコース添加時のフェニルボロン酸ハイドロゲル内部での静電容量の変化を評価するために、ネットワークアナライザを用いて、高血糖時のグルコース濃度条件下（216 mg/dL）における静電容量の変化率を測定した。その結果、グルコース添加後10分間で静電容量は約9%の変化を示した。続いて、本デバイスを用いた高血糖状態の即時的な検出とパッシブ型無線通信への応用可能性を検証するために、異なるグルコース濃度に対する共振周波数の応答をネットワークアナライザを用いて測定した。この時、近距離無線通信(NFC)用の読み取り機への情報伝送を想定し、初期の共振周波数をNFCの規格帯域である13.56 MHz周辺に設定した。PBS溶液中のグルコース濃度を0 mg/dLから高血糖状態における216 mg/dLへと変化させたところ、共振周波数が5分間で約-3%の変化を示した。また、グルコース濃度が高血糖時の濃度帯域に向かって上昇していくにつれて、共振周波数の変化率も大きくなることが明らかとなった。両者の関係を示す標準曲線が得られたことから、本デバイスが高血糖時のグルコース濃度を共振周波数の変化率に基づいて検出・定量可能であることが示唆された。さらに、高血糖状態のマウスから採取した血清を添加した際には、共振周波数が5分間で約-60%の変化を示した一方で、通常血糖状態・低血糖状態の血清に対してはほとんど応答しなかった。これらの結果より、本デバイスが高血糖状態を5分以内に検出するとともに、パッシブ型無線通信による信号伝送が可能であることが明らかとなった。

This study aims to advance the integration of heterogeneous materials and modeling technologies, to provide guidance for the development of battery-independent actuation, to facilitate the development of wireless communication systems, to facilitate cycle analysis, and to facilitate the transformation of health information into digital information (DX). The results of the fourth year are as follows: The change of electrostatic capacity in the case of addition of glucose and glucose was evaluated. The change rate of electrostatic capacity in the case of hyperglycemia was measured under the condition of concentration (216 mg/dL). As a result, the electrostatic capacity decreased by about 9% after 10 minutes of addition. The real-time detection of hyperglycemia in the medium and the medium of this application is based on the possibility of detecting the resonance frequency of the medium and the medium of this application. This time, the short range wireless communication (NFC) used in the acquisition of information transmission is determined, the initial resonance frequency and NFC specifications band is set to 13.56 MHz. The concentration of glucose in PBS solution changed from 0 mg/dL to 216 mg/dL, and the number of resonance cycles changed from about-3% to 5 minutes. When the concentration of blood glucose is high, the concentration range increases gradually, and the change rate of resonance frequency is large. The relationship between the two shows that the standard curve can be obtained by measuring the concentration of glucose in hyperglycemia, the change rate of resonance cycle number, and the quantitative possibility. When the serum is added, the resonance frequency is about-60% in 5 minutes. When the serum is added, the normal blood glucose state is about-60% in 5 minutes. The result of this is that the hyperglycemia is detected within 5 minutes, and the signal transmission is possible.

项目成果

生体接合型エレクトロニクスに向けたバイオセンシング素子の開発

生物共轭电子学生物传感元件的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 藤枝 俊宣;藤田 創
• 通讯作者: 藤田 創

薄膜状発光デバイスを用いた超局所的光線力学療法

使用薄膜发光装置的超局部光动力治疗

• 发表时间: 2022
• 作者: 齋藤 優人;野本 貴大;横式 康史;徳田 崇;藤枝 俊宣
• 通讯作者: 藤枝 俊宣

導電性流体とエラストマー製チューブからなるひずみゲージの開発と手指の動作解析への応用

开发由导电流体和弹性体管制成的应变计及其在手指运动分析中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 稲田 洲;藤田 創;堀井 辰衛;永見 智行;藤枝 俊宣
• 通讯作者: 藤枝 俊宣

ナノシートエレクトロニクスの医療・ヘルスケア応用

纳米片电子器件的医疗和保健应用

• 发表时间: 2021
• 期刊: 野口研究所時報
• 作者: Araki Haruka;Hagiwara Shota;Shinomiya Ryosuke;Momotake Atsuya;Kotani Hiroaki;Kojima Takahiko;Ochiai Takuro;Shimada Naohiko;Maruyama Atsushi;Yamamoto Yasuhiko;藤枝 俊宣
• 通讯作者: 藤枝 俊宣

Flexible Thin-Film Device for Powering Soft Robots

• DOI: 10.20965/jrm.2022.p0227
• 发表时间: 2022-04
• 期刊: J. Robotics Mechatronics
• 作者: Tatsuhiro Horii;T. Fujie;K. Fukuda